关于现代船舶轮机模拟器的技术应用思考王杰

关于现代船舶轮机模拟器的技术应用思考王杰

王杰

武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉430000

摘要：受现实中各种因素的影响，直接对海员进行船舶轮机指导存在难度。为了更好地提高轮机操作人员的实际技能，轮机模拟器这一技术的不断改善及进一步的应用成为越来越多人关注的问题，其综合素质直接关系着航行的安全性与准确性，在先进技术与设备支持下，特别是计算机模拟技术，经仿真培训，丰富了管理员的经验，提高了其管理水平。

关键词：现代船舶轮机模拟器技术应用思考

引言

现代船舶轮机模拟器是为了更好地培养轮机操作人员所研究出来的一种新型技术。随着技术的发展，融合不同的技术原理，轮机模拟器也分为物理与纯虚拟两种。它们各有特点，在现实应用中也渐渐取得了许多实践应用成果。但是，随着技术的进一步发展以及相关培养要求的不断提高，对现代船舶轮机模拟器的实践应用也有了更多思考。

1.船舶综合模拟器的结构原理

船舶综合模拟器的总体结构如图1所示。它由导演台和多个模拟船组成。导演台是模拟器的中央控制单元，由网络管理台、训练管理台、网络集线器组成，主要供教练员设置训练科目、控制训练过程、监督学员训练情况、回放训练过程和讲评等。模拟船一般由船舶操纵模拟器、航海仪器模拟器和轮机模拟器组成，也可以集船舶操纵台、航海仪器台于一体的综合模拟台组成。根据需要，可以进行单船的各专业训练，也可以组成船队，进行综合航行训练。整个系统通过网络连成一体。

综合模拟器的硬件部分如车、舵装置，罗经、声号、仪表等装置均采用实物仿真；控制系统定时检测车的状态、舵、罗经转过的角度，仪表状态等信息，并将检测的结果传送给计算机，通过模拟软件来变换操船的场景，同时，将当前的舵转过的角度、主机转速、起动气压等传送给控制系统，以改变仪表盘的指示。整个系统硬件部分设计采用了CPLD技术，用软件MAX+plusll进行地址编译、分配和仿真。

2.轮机模拟器的关键技术

2.1以太网技术

一种为工业以太网，另一种为商用以太网，二者标准兼容，但前者在通信介质、产品强度、适用性等方面均优于后者，适应了工业发展需要，同时它支持的编程语言、拥有的软硬件资源等均具有丰富性与多样性，从而增强了通信质量。对于在线实时仿真系统而言，其对通信有着较高的要求，利用工业以太网技术，提高了信号传输速度，使其具备了实时性与确定性，即便是面对变量数据，也可对其进行准确、及时地刷新。同时，以太网通信速率较大，在10G左右，其不仅减轻了网络压力，还减少了网络延时。再者，在此技术支持下，提高了通信的可靠性和稳定性，即使是极端工作环境，也可有效传输数据。

对于全任务轮机模拟器来说，其系统包括数据传输与功能控制，它利用传输数据与指令，实现了对计算、操作等功能的执行，同时通过对多个节点的协调，促进了仿真任务的完成。上述内容应用于高层协议与规范上时，需要满足开放系统及互操作要求，以太网协议利用以太网、TCP/IP技术及低速现场总线应用层协议，组成了工业以太网协议，其优势显著，日后将广泛应用于网络控制。

2.2虚拟现实技术

通过先进的技术，为终端用户、开发者等提供了便利，丰富了表现手段，增强了系统功能。虚拟现实技术主要是利用计算机图形学、传感技术、人机交互技术及人工智能等，经计算机为训练者提供了逼真的操作环境，其中融合了视觉、听觉与触觉，从而充分发挥了其体验、交互等作用。在3D技术发展而来的虚拟现实技术，其营造的虚拟环境中有精确的物体状态模型，同时训练者可感受可视化与一体化的环境，将其应用于轮机模拟器，凸显了其多感知性、交互性与构想性等特点。

在虚拟环境下，利用交互仿真技术，为训练者提供系统与设备虚拟操作，借助此平台，节省了培训成本，避免了时间及空间等因素的影响、规避了实际操作风险，因此，此平台应用日渐广泛。

3.船舶轮机模拟器的发展现状

最开始的船轮机虚拟模拟器只是一台非常小型的微型机器来作为练习机。不过时代在不断发展，计算机也得到了飞速的发展，模拟器不断地更新换代，慢慢的从微型系统演化成了现在的很多种结构、多种交互、多种体验、多角色共同协作的大型的极其专业的虚拟设备。

3.1国外轮机模拟器的发展现状

海上航行技术靠前的国家从20世纪70年代就开始发展研制并使用船轮机模拟器，但是当时那个年代计算机技术受到极大的限制，人们对于那些精密的设备和精密的系统都没有认知，当初的计算机技术极其简单。但是随着时代的发展，计算机的突飞猛进，从20世纪90年代至今，每次都有新的科技、新工艺融入进模拟器中，相对有代表性质的有挪威的KONSBERG公司以及英国的TRANSAS公司，其中挪威公司率先研究出的一个“通用型”的模拟器为主要的代表座，并且第一个研究出变距桨轮模拟器，虽然模拟器本身很大限度的节省了很多的开发维护成本，但是太过于抽象，所以这是它的不足之处。但是英国公司的模拟器主要是以三种形式为主，如：群集式，全任务式，单机式，在人们需要用到时，可以这三种模式来进行单一使用，但是也可以三种和一起使用。英国公司第一个引进并使用虚拟技术的，在虚拟平台可进行系统平台间的交互操控，这是这个产品的一大亮点，但是由于当时的技术方面和数学逻辑不算完整，使用者操控的过程较为单一，并且难度系数比较大，很多地方需要使用者一个人完成，所以比较麻烦。

3.2我国轮机模拟器的发展现状

我们国家的船轮机虚拟模拟器的研究和制造的虽然比较晚，但是我国的研发研究的起点比别的国家高、同样我国也比别的国家发展的快，到目前为止我们国家的模拟器已经达到了国际水平高度。我国国内研制模拟器有代表性的有三所大学，分别是：大连海事大学、武汉理工大学、上海海事大学这三所学校。其中大连海事研究制造的模拟器以DMS系列为主要，DMS具有三个最：交互点最多、数学模型最全、功能最完善，这都是别的模拟器无法相比的。大连海事大学研制的DMS模拟器分为全任务型、单机型、协作型，主船包含远洋教学实习船、万箱集装箱船、VLCC、LNG船只。这个系列的通信方式用同类产品所不能及的，速度最快的，载量最大的工业以太网通信，用自主研制的通信板收发协议，能够实现同时多人、多点击、快速点击的极度测试，保证了稳定性。

3.3无线通信技术

船与船之间的无线通信是用电磁波传输，从而构成一种快速的通信方式，这个技术的进入给模拟器的布局方式带来了巨大的改变，比如说意义上的移动式终端，无线操控模拟器成为了现实，别的一些设备利用率大大增加，操控者也更加轻松，布置也更加的灵活。

3.4先进的自动感测技术

这项技术是自动化技术的一个重要点，所说的自动感测技术就是说在测量过程和感应过程中，是完全的自动化，这样会减少人员的使用量，也不会因为遇到紧急情况人为的手忙脚乱而出差错，它采用了红外线、微声波、精密的雷达、先进的激光等先进设备，这样一来大大提高了系统自身的运行速度。

4.结束语

综上所述，轮机模拟器的模型、通信及系统等方面借助的技术主要有以太网、虚拟现实及仿真技术等，在先进技术作用下，轮机模拟器的应用效果更加显著，同时也为轮机发展提供了可靠的保障。

参考文献:

[1]贾宝柱,曹辉,张均东,等.轮机模拟器及其关键技术[J].中国航海,2012,01:35-40.

[2]孔会敏.轮机模拟器中的综合仿真平台技术研究[D].上海海运学院,2011.

[3]彭水生.轮机模拟器6S60MC柴油主机仿真系统与故障模拟[D].大连海事大学,2012.